Лекция 2: структурный анализ

ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИНФОРМАТИКИ

 

Современные технические средства информатики и информационные системы на их основе характеризуются следующими свойствами:

- состоят из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, причем не обязательно одинаковой физической природы, объединенных общностью целей и задач функционирования в составе системы;

- отличаются сложностью процессов движения информации и поведения. Это обусловлено большим числом взаимосвязанных функций, реализуемых техническими средствами и системами, случайным характером внешних воздействий, необходимостью функционирования в условиях априорной неопределенности и часто меняющихся обстоятельств;

- все чаще ставится задача выбора наилучшего варианта организации структуры и функционирования средств системы с точки зрения способности приспосабливаться к постоянно меняющимся, не вполне определенным внешним условиям и достижения потенциальной эффективности в конкретных условиях.

Наличие этих свойств означает, что современные технические средства, необходимо рассматривать как большие, сложные системы, а исследовать, проектировать и использовать их только с позиций системного подхода, который представляет собой методологическую концепцию, основанную на стремлении построить целостную картину рассматриваемого объекта как единого организма с учетом всех важных для данного исследования внутренних связей между составляющими его элементами и внешних связей с другими объектами.

Отличительные особенности системного подхода:

- изучаемый объект рассматривается как система, описание и исследование отдельных элементов которой не выступает как самоцель, а выполняется с учетом их места в целом;

- исследование объекта не отделяется от исследования условий его существования, функционирования.

Объект сам рассматривается как часть некоего целого:

- один и тот же исследуемый элемент рассматривается как обладающий разными характеристиками, параметрами, функциями и даже принципами построения;

- на первое место выступают не только причинные объяснения функционирования объекта, но и целесообразность включения в его состав отдельных элементов;

- допускается возможность самоорганизуемости исследуемого объекта, то есть наличия у него некоторого множества индивидуальных характеристик и степеней свободы;

- выявление целей и определение подлежащих решению проблем производится на основании анализа общей цели, исходя из общей идеи решения задачи, когда альтернативы сравниваются, в первую очередь, по критерию стоимость – эффективность.

Разработка технических проектов различных систем, комплексов, аппаратных и программных средств начинается с изучения его структуры.

Структура материального объекта (системы) есть совокупность частей (элементов) объекта и устойчивых связей между ними, участвующих в информационном процессе и обеспечивающих информационную целостность и тождественность объекта самому себе, то есть сохранение его основных свойств при различных внешних и внутренних изменениях. Выделение информационных структур является важным в приложении к техническим, биологическим и социальным объектам, участвующим в информационных процессах. В таких объектах можно выделить три типа структур: физическую (архитектурную), организационную и информационную. В простейших случаях эти структуры могут совпадать.

Физическая структура отражает статику объекта, его строение с точки зрения физических элементов (частей), отличающих данный объект от других материальных объектов.

Организационная структура отражает взаимодействие, иерархию, многоуровневость частей объекта, прежде всего их вертикальные связи.

Информационная структура – это строение объекта с точки зрения динамики движения информации с учетом как вертикальных, так и горизонтальных связей частей объекта.

Набор элементов, из которых строится структура информационной системы, называется структурным базисом. Зависимость состояний выходов элемента информационной системы от состояний его входапредставляет собой закон его функционирования.

Каждому структурному базису соответствует свой набор функций, называемый функциональным базисом.

Каждой структуре свойственны свои функции, образованные на основе ее функционального базиса. Системы с одинаковыми структурами могут иметь различные функции, а системы с одинаковыми функциями – разные структуры.

Поэтому весьма важен функциональный базис структуры, назначение каждого отдельного элемента структуры информационной системы. Его роль определяется следующим теоретическим положением структурно-функционального описания системы: система – это структура, вершинам которой поставлены в соответствие функции, а ребрам – базисные множества, на которых эти функции определены.

Исследование информационной системы предполагает решение проблем (или задач) ее анализа и (или) синтеза.

· Задача анализа (прямая). Известны структура, функциональный базис и характеристики элементов информационной системы. Необходимо определить функции системы как целого, ее основные характеристики (показатели, параметры) и их зависимость от разных внутренних и внешних факторов, включая вариации структуры и характеристик элементов, оценить степень соответствия системы своему назначению и ее эффективность по некоторой совокупности показателей.

· Задача синтеза. Задано назначение информационной системы, ее функции, основные характеристики.

Необходимо, имея или задавая структурный и функциональный базисы, выбрать ее структуру, то есть перечень элементов и их связей во времени и в пространстве, включая все иерархические уровни, состав и последовательность реализуемых ими функций. Как правило, решение задачи синтеза должно носить многовариантный характер, когда получаемые при синтезе варианты решения подвергаются всестороннему анализу и, в случае необходимости, корректировке до тех пор, пока не будет найден окончательный вариант системы, удовлетворяющий всем заданным требованиям, либо приемлемый, наилучший из всех рассмотренных.

Технические средства информатизации – это совокупность систем, машин, приборов, механизмов, устройств и прочих видов оборудования, предназначенных для автоматизации различных технологических процессов информатики, причем таких, выходным продуктом которых является именно информация (сведения, знания) или данные, используемые для удовлетворения информационных потребностей в разных областях предметной деятельности общества.

Универсальным техническим средством информатизации является компьютер, играющий роль усилителя интеллектуальных возможностей человека. Появление и развитие компьютеров необходимая составляющая процесса информатизации общества.

Все технические средства информатизации в зависимости от выполняемых функций можно разделить на семь групп (рисунок 1):

1. Устройства ввода информации.

2. Устройства вывода информации.

3. Устройства обработки информации.

4. Устройства передачи и приема информации.

5. Устройства хранения информации.

6. Устройства копирования информации.

7. Многофункциональные устройства.

 

Рисунок 1 - Семь групп технические средств информатизации в зависимости от выполняемых функций

Как следует из приведенной выше классификации, большая часть современных технических средств информатизации в той или иной мере связана с электронными вычислительными машинами – персональными компьютерами (ПК), которые, по сути, объединяют множество технических средств, обеспечивающих автоматизированную обработку информации. Например, устройства ввода и вывода (ввода/вывода) являются непременным и обязательным элементом любой ЭВМ, начиная с самой первой и заканчивая современными ПК, поскольку именно эти устройства обеспечивают взаимодействие пользователя с вычислительной системой.

С одной стороны, пользователь вводит команды или данные в компьютер через устройства ввода для их обработки, с другой стороны, вычислительная система выдает пользователю результаты своей работы посредством устройств вывода.

Все устройства ввода/вывода персонального компьютера относятся к периферийным устройствам, т.е. подключаемым к микропроцессору через системную шину и соответствующие контроллеры. С развитием вычислительной техники они получили существенное развитие. На сегодняшний день существуют целые группы устройств (например, устройства местоуказания, мультимедиа), которые обеспечивают эффективную и удобную работу пользователя.

Главным устройством вычислительной машины является микропроцессор, обеспечивающий в наиболее общем случае управление всеми устройствами и обработку информации. Для решения специфических задач, например, математических вычислений современные персональные компьютеры оснащаются сопроцессорами. Эти устройства относятся к устройствам обработки информации.

Устройства передачи и приема информации (или устройства связи) яв-ляются непременными атрибутами современных информационных систем, которые все больше приобретают черты распределенных информационных систем, в которых информация хранится не в одном месте, а распределена в пределах некоторой сети, например, сети предприятия или глобальной сети Интернет.

В зависимости от целого ряда параметров (тип линии связи, вид подключения, удаленность носителей информационных ресурсов и др.) используются различные устройства связи.

Модем (модулятор-демодулятор) – устройство, преобразующее информацию в такой вид, в котором ее можно передавать по телефонным линиям связи. Внутренние модемы имеют PCI-интерфейс и подключаются непосредственно к системной плате. Внешние модемы подключаются через порты COM или USB. Модемы выполняют цифро-аналоговое преобразование цифровых сигналов ПК для их передачи по телефонной линии связи или аналого-цифровое преобразование аналоговых сигналов из линии связи в цифровые сигналы для обработки в ПК. Модемы передают данные по обычным телефонным каналам со скоростью до 56 000 бит в секунду. Также модемы осуществляют сжатие данных перед отправлением и, соответственно, их реальная скорость может превышать максимальную скорость модема.

Сетевой адаптер (сетевая плата) – электронное устройство, выполненное в виде платы расширения (может быть интегрирован в системную плату) с разъемом для подключения к линии связи. Сетевой адаптер используется для подключения ПК к локальной компьютерной сети.

Устройства хранения информации занимают не последнее место среди всех технических средств информатизации, поскольку используются для временного (непродолжительного) или длительного хранения обрабатываемой и накапливаемой информации.

Многофункциональные устройства стали появляться сравнительно недавно. Отличительная особенность этих устройств заключается в сочетании целого ряда функций (например, сканирование и печать или печать и брошюровка печатных копий, и т.д.) по автоматизации действий пользователя. К многофункциональным устройствам относятся издательские системы, устройства копирования, размножения информации.